CN101899329B - 用于处理包括不希望的排放气体的流的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明总体上涉及气化系统，并且更具体而言，涉及一种用于处理包括排放气体的流的方法，该方法包括：使包括排放气体的流的部分传递到并联布置的两个或更多的反应器单元同时对流经反应器单元中的至少一个的流体进行压力控制；识别反应器单元中的至少一个何时跳机或停止运行；以及当反应器单元中的至少一个跳机或停止运行时，调节原来传递到停止运行的反应器单元的流的所述部分的流路使得所述部分传递到吸收器(302)，用于通过压缩机(354)去除排放气体，并且对流经所有在运行的反应器单元的流体进行流率控制。

Description

用于处理包括不希望的排放气体的流的系统和方法
技术领域
本发明大致涉及气化系统，并且更具体而言，涉及用于处理包括硫化氢的流以减少排放的系统和方法。
背景技术
至少一些公知的气化系统，例如用于动力装置的那些气化系统，包括与至少一个发电的涡轮系统结合的气化系统，从而形成整体气化联合循环(IGCC)发电系统。这种气化系统例如可将燃料、空气或氧气、蒸汽和/或CO2的混合物转化成称为“合成气”的合成气体。合成气然后可被引导到燃气涡轮发动机的燃烧器，该燃气涡轮发动机为供应电力到电网的发电机提供动力。来自至少一些公知的燃气涡轮发动机的排气可被供应到产生用于驱动蒸汽涡轮的蒸汽的热回收蒸汽发生器(HRSG)。蒸汽涡轮产生的动力也可驱动提供电力到电网的发电机。
至少一些公知的与IGCC发电系统相关联的气化系统最初产生“原质”(raw)合成气燃料，该合成气燃料可包括一氧化碳(CO)、氢气(H2)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和/或硫化羰(COS)。一般从原质合成气燃料去除统称为“酸性气体”的CO2、H2S和COS，以生产用于在燃气涡轮发动机内燃烧的包括CO和H2的“清洁”合成气燃料。IGCC发电系统可包括具有至少一个用于去除大部分H2S的主吸收器的酸性气体去除子系统。
一些IGCC发电系统可能不能够在所有运转状态期间都满足目前的排放要求。例如，高含硫起动燃料可产生大量的排放物。尽管大部分所产生的排放物可在酸性气体去除过程期间被捕获，但至少一些排放物可在瞬态运转时段如系统起动、停机和设备跳机(trip)期间被释放到大气中。
发明内容
提供了用于处理包括不希望的排放气体的流的系统和方法。在一个实施例中，一种用于处理包括排放气体的流的方法包括：使包括排放气体的流的部分传递到并联布置的两个或更多的反应器单元，同时对流经反应器单元中的至少一个的流体进行压力控制；识别反应器单元中的至少一个何时跳机或停止运行；以及当反应器单元中的至少一个跳机或停止运行时，调节原来传递到停止运行的反应器单元的流的所述部分的流路使得所述部分传递到吸收器，用于通过压缩机去除排放气体，以及对流经所有在运行的反应器单元的流体进行流率控制。
在另一实施例中，一种用于处理包括硫化氢的流的系统包括：并联布置的两个或更多的反应器单元，用于接收包括排放气体的流的部分；设置在各反应器单元的上游的阀，用于允许或隔断流向各反应器单元的流；以及控制系统，该控制系统构造成当所有反应器单元都在运行时控制流经反应器单元中的至少一个的流体的压力，并且识别反应器单元中的至少一个何时跳机或停止运行，在反应器单元中的至少一个跳机或停止运行时该控制系统构造成i)关闭设置在停止运行的反应器单元的上游的阀，ii)重新发送原来传递到停止运行的反应器单元的流的所述部分使得所述部分传递到吸收器，用于通过压缩机去除排放气体，以及iii)控制流经所有在运行的反应器单元的流体的流率。
附图说明
图1是整体气化联合循环(IGCC)发电系统的一个示例性实施例的示意图；
图2是可与图1中所示的IGCC发电系统一起使用的瞬态过程气体处理子系统的一个示例性实施例的示意图；
图3是可与图1中所示的IGCC发电系统一起使用的酸性气体去除子系统和脱硫子系统的一个示例性实施例的示意图；以及
图4是可与图1中所示的IGCC发电系统一起使用的酸性气体去除子系统和脱硫子系统的一个备选实施例的示意图。标号列表100整体气化联合循环(IGCC)发电系统；114涡轮；118第一发电机；120第一转子；130蒸汽涡轮发动机；132蒸汽涡轮；134第二发电机；136第二转子；140蒸汽发生系统；142热回收蒸汽发生器；144热传递装置；146锅炉给水管道；150蒸汽管道；152烟道气管道；200气化系统；202空气分离单元；204空气管道；208气化反应器；210管道；211成浆单元；212供煤管道；213供水管道；214浆管道；215渣处理单元；216热渣管道；217渣管道；218热合成气管道；219合成气管道；220原质合成气管道；221低温气体冷却单元；223管道；224管道；228清洁合成气管道；300酸性气体去除系统；302高压吸收器；305装置；306第一浓溶剂流管道；308闪蒸鼓；310第二浓溶剂管道；311第一浓溶剂流管道；312酸性气体气提器；313第一相分离器；314重沸器；315管道；316管道；317热传递装置；318管道；320泵；322管道；323溶剂和水管道；324管道；326相分离器；328管道；330管道；331泵；332脱硫单元；333管道；334管道；335管道；336进口隔断阀；337管道；338管道；339泵；340尾气单元；341装置；342管道；343管道；344隔断阀；345稀溶剂补充子系统；346管道；347泵；348鼓风机；349管道；350管道；352隔断阀；353装置；354压缩机；356管道；357泵；358阀；362HP压缩机；364管道；400瞬态气体处理子系统；402吸收器；404稀溶剂储罐；405管道；406第一泵；407隔断阀；409第一稀溶剂管道；410第二泵；411第二稀溶剂管道；412热传递装置；413隔断阀；414浓溶剂储罐；415隔断阀；416第三热传递装置；417多个管道；418扩口(flare)；419隔断阀；420浓溶剂储存环路；421热氧化器；422阀；424阀；426热稀溶剂管道；428热传递装置；430管道；431隔断阀；432管道；434管道；435隔断阀；436TGU旁通管道；438管道；440SRU旁通管道；442鼓风机旁通管道；444HP压缩机旁通管道；446管道；448压缩机旁通阀；450排出-至-扩口管道；452排出-至-扩口阀；454SRU旁通阀；456阀；458TGU旁通阀；500酸性气体去除子系统；600脱硫子系统；656SRU再循环管道；658开式阀；
具体实施方式
如文中所用，用语“稀”用来描述基本上没有排放物的溶剂，而用语“浓”用来描述含有排放物的溶剂。
图1是例如用于动力装置中的整体气化联合循环(IGCC)发电系统100的一个示例性实施例的示意图。在示例性实施例中，IGCC系统包括燃气涡轮发动机110。涡轮114通过第一转子120可旋转地联接在第一发电机118上。涡轮114与至少一个燃料源和至少一个空气源(下面更详细地描述了这两者)流连通地联接并且构造成分别从燃料源和空气源接收燃料和空气。涡轮114产生转动能，该转动能通过转子120传输到发电机118，其中发电机118将转动能转化成电能以传输到至少一个负载，包括但不限于电网(未示出)。
IGCC系统100还包括蒸汽涡轮发动机130。在示例性实施例中，发动机130包括通过第二转子136可旋转地联接在第二发电机134上的蒸汽涡轮132。
IGCC系统100还包括蒸汽发生系统140。在示例性实施例中，系统140包括至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)142，其通过至少一个加热锅炉给水管道146与至少一个热传递装置144流连通地联接。HRSG 142构造成通过管道146从装置144接收锅炉给水(未示出)，以将锅炉给水加热成蒸汽。HRSG 142还通过排气管道(未示出)从涡轮114接收排气(未示出)，以进一步将锅炉给水加热成蒸汽。HRSG 142通过蒸汽管道150与涡轮132流连通地联接。过剩的气体和蒸汽通过烟道气管道152从HRSG 142排出到大气。
蒸汽管道150将蒸汽从HRSG 142引导到涡轮132。涡轮132从HRSG 142接收蒸汽并且将蒸汽中的热能转化成转动能。转动能通过转子136传输到发电机134，其中发电机134将转动能转化成电能以传输到至少一个负载，包括但不限于电网。
IGCC系统100还包括气化系统100。在示例性实施例中，系统200包括至少一个空气分离单元202，其通过空气管道204与空气源流连通地联接。在示例性实施例中，这种空气源包括但不限于专门的空气压缩机和/或压缩空气储存单元(均未示出)。空气分离单元202将空气分离成氧气(O2)、氮气(N2)和通过排气口(未示出)释放的其它成分。氮气被引导到燃气涡轮114以有利于燃烧。
系统200包括气化反应器208，其与空气分离单元202流连通地联接并通过管道210接收从单元202引导来的O2。系统200还包括煤磨碎和成浆单元211。单元211分别通过供煤管道212和供水管道213与煤源和水源(均未示出)流连通地联接。单元211构造成将煤和水混合在一起以形成煤浆流(未示出)，该煤浆流通过煤浆管道214被引导到气化反应器208。
气化反应器208分别通过管道214和210接收煤浆流和O2流。气化反应器208有利于产生可包括CO、H2、CO2、H2S和/或COS的热原质合成气体(合成气)流(未示出)。此外，气化反应器208还产生作为合成气生产的副产品的热渣流。渣流通过热渣管道216被引导到渣处理单元215。渣处理单元215将渣熄灭并碎解成较小的碎片，该较小的碎片形成可通过渣管道217去除和引导的流。
气化反应器208通过热合成气管道218与热传递装置144流连通地联接。热传递装置144接收热原质合成气流并通过管道146将其热量的至少一部分传递到HRSG 142。随后，热传递装置144产生通过合成气管道219被引导到洗涤器和低温气体冷却(LTGC)单元221的冷却的原质合成气流。LTGC单元221去除被夹带在原质合成气流内的颗粒物质并且有利于通过飞尘管道222除去被去除的物质。LTGC单元221还提供原质合成气流的冷却。
气化系统200还包括酸性气体去除子系统300，其通过原质合成气管道220与接收冷却的原质合成气流的LTGC单元221流连通地联接。酸性气体去除子系统300有利于如以下将更详细所述地从原质合成气流去除酸性成分的至少一部分。这种酸性气体成分可包括但不限于CO2、H2S和/或COS。酸性气体去除子系统300还有利于将酸性气体成分中的至少一些分离成其它成分，例如但不限于CO2、H2S和/或COS。此外，酸性气体去除子系统300通过管道223与瞬态气体处理子系统400或降硫子系统400流连通地联接。子系统400还接收至少一些酸性气体成分并将其分离成其它成分，例如但不限于CO2、H2S和/或COS。此外，子系统400通过酸性气体去除子系统300和最终综合气流管道224将最终综合气流引导到气化反应器208。最终综合气流包括从前面的综合气流得到的预定浓度的CO2、H2S和/或COS，如下所述。
酸性气体去除子系统300通过管道224与气化反应器208流连通地联接。管道224将最终综合气流引导到气化反应器208的预定部分。通过酸性气体去除子系统300和子系统400分离和去除这种CO2、H2S和/或COS有利于产生通过清洁合成气管道228被引导到燃气涡轮114的清洁合成气流。
在运转中，空气分离单元202通过管道204接收空气。空气被分离成O2、N2和通过排气口排出的其它成分。N2通过管道206被引导到涡轮114而O2通过管道210被引导到气化反应器208。同样，在运转中，煤磨碎和成浆单元211分别通过管道212和213接收煤和水，其中得到的煤浆流通过管道214被引导到气化反应器208。
气化反应器208通过管道210接收O2，通过管道214接收煤，并且通过管道224从酸性气体去除子系统300接收最终综合气流。反应器208产生通过管道218被引导到装置144的热原质合成气流。形成在反应器208中的任何渣副产品通过渣处理单元215以及管道216和217被去除。装置144冷却原质合成气流以产生通过管道219被引导到洗涤器和LTGC单元221的冷却的原质合成气流。在洗涤器和LTGC221内，颗粒物质通过管道222从合成气被去除，合成气被进一步冷却，并且COS(如果存在)的至少一部分通过水解转化成H2S和CO2。冷却的原质合成气流被引导到酸性气体去除子系统300，在其中酸性气体成分基本上被去除而形成可通过管道228被引导到燃气涡轮114的清洁合成气流。
此外，在运转中，从合成气流去除的酸性成分的至少一部分通过管道223被引导到子系统400，其中酸性成分被去除并分离使得最终综合气流通过子系统300和管道224被引导到气化反应器208。此外，在运行中，涡轮114分别通过管道206和228接收N2和清洁合成气。涡轮114燃烧合成气燃料，产生热燃烧气体，并且引导热燃烧气体以引起涡轮114旋转，涡轮114随后通过转子120使第一发电机118旋转。
通过热传递装置144从热合成气去除的热量的至少一部分通过管道146被引导到HRSG 142，在HRSG 142中热量将水煮沸而形成蒸汽。蒸汽通过管道150被引导到蒸汽涡轮132并且使其旋转。涡轮132通过第二转子136使第二发电机134旋转。
图2是可与IGCC发电系统如装置100(在图1中示出)一起使用的酸性气体去除子系统300和瞬态气体处理子系统400的一个示例性实施例的示意图。酸性气体去除子系统300通过管道220接收原质蒸汽。并且，酸性气体去除子系统300通过管道228引导清洁合成气流。此外，酸性气体去除子系统300通过管道224将综合气流引导到气化反应器，例如气化反应器208(在图1中示出)。管道220与至少一个高压吸收器302流连通地联接。在示例性实施例中，酸性气体去除子系统300包括与管道220流连通地联接的两个高压吸收器302。备选地，酸性气体去除子系统300可包括任意数量高压吸收器302，其有利于子系统300的运转，如本文所述。
在示例性实施例中，主吸收器302使用溶剂来有利于从原质转移的合成气流去除酸性气体。原质合成气流接触酸性气体稀溶剂(未示出)的至少一部分，该酸性气体稀溶剂从原质合成气流去除选定的酸性气体成分的至少一部分，以产生清洁合成气流。被去除的酸性气体成分被保留在溶剂内，从而形成第一酸性气体浓或较浓溶剂流。在示例性实施例中，这种酸性气体成分包括，但不限于仅包括，H2S和CO2。备选地，可去除任何成分以如文中所述有利于IGCC系统100的运转。
在示例性实施例中，高压吸收器302通过第一浓溶剂流管道306与闪蒸鼓308流连通地联接。备选地，高压吸收器302可与任何数量的闪蒸鼓308流连通地联接，其如文中所述有利于酸性气体去除子系统300的运转。
闪蒸鼓308形成第二浓溶剂流，其包括至少一些剩下的未被上述闪蒸机构去除的CO2和H2S气态成分。由此，在示例性实施例中，闪蒸鼓308还通过将第二浓溶剂流引导到酸性气体气提器312的第二浓溶剂管道310与至少一个酸性气体气提器312流连通地联接。备选地，多个闪蒸鼓308可以以串联或并联构造互相流连通地联接，其中多个闪蒸鼓308通过任何数量的管道与酸性气体气提器312流连通地联接，其如文中所述有利于酸性气体去除子系统300的运转。
酸性气体气提器312接收通过管道310引导的浓溶剂流。酸性气体气提器312通过降低浓溶剂内任何酸性气体成分的浓度将所接收的浓溶剂再生成稀溶剂，从而形成基本上没有CO2和H2S的稀溶剂流。酸性气体气提器312通过管道316与重沸器312流连通地联接，其中稀溶剂流被引导到重沸器314。重沸器314加热稀溶剂并且与酸性气体气提器312流连通地联接。加热的稀溶剂的一部分通过管道318被引导到酸性气体气提器312，以有利于酸性气体气提器312内的蒸汽沸腾，从而有利于提高气提器性能。
重沸器314还通过泵320以及管道322和324与至少一个热传递装置304流连通地联接。泵320以及管道322和324引导热稀溶剂流经过热传递装置304。热传递装置304有利于热量从热稀溶剂流传递到第一浓溶剂流。热传递装置304通过管道364与高压吸收器302流连通地联接。管道364从热传递装置304引导温热稀溶剂流并且有利于去除温热溶剂流内的至少一些热量以形成较冷的稀溶剂流。
作为如上所述再生溶剂的功能，酸性气体气提器312产生第一CO2/H2S酸性气体流。酸性气体气提器312通过管道328与相分离器326流连通地联接。第一CO2/H2S酸性气体流可包含溶剂。相分离器326有利于从第一CO2/H2S酸性气体流去除溶剂，然后通过管道330引导溶剂回到酸性气体气提器312。更具体而言，相分离器326形成第二CO2/H2S酸性气体流。
酸性气体去除子系统300还包括多个化学转变单元，或脱硫单元(SRU)332，其通过至少一个管道334和用于各SRU 332的至少一个进口隔断阀336与相分离器326流连通地联接。各SRU 332接收第二CO2/H2S酸性气体流，并形成二氧化硫(SO2)和元素硫(S)。具体而言，第二CO2/H2S酸性气体流内的H2S的一部分与O2反应而形成SO2。SO2还与剩下的H2S反应而形成元素硫S和H2O。SRU 332内未转化的CO2、SO2和N2形成SRU尾气流。通过管道338从各SRU 332去除所形成的任何硫(S)。
在示例性实施例中，SRU 332与接收SRU尾气流的至少一个化学转变单元或尾气单元(TGU)340流连通地联接。TGU 340还通过用氢气(H2)氢化未转化的SO2来形成H2S。第二CO2/H2S酸性气体流和SRU尾气流内的二氧化碳基本上是化学不变化的。因此，TGU340形成第二综合气流。在此流中，CO2对H2S的比率远远大于第二CO2/H2S酸性气体流中CO2对H2S的比率。
酸性气体去除子系统300还包括至少一个鼓风机348，其通过管道342、至少一个隔断阀344和至少一个管道346与TGU 340流连通地联接。此外，在示例性实施例中，酸性气体去除子系统300包括至少一个低压(LP)压缩机354，该低压(LP)压缩机354通过至少一个管道350和至少一个隔断阀352与鼓风机348流连通地联接。此外，酸性气体去除子系统300包括至少一个高压(HP)压缩机362，该高压(HP)压缩机362通过管道356和360以及阀358与LP压缩机354流连通地联接。HP压缩机362还与管道224流连通地联接。
在示例性实施例中，阀336、344、352和358是远程和自动操作的并且与控制系统(未示出)数据通信地联接。备选地，阀336、344、352和358可采取如文中所述有利于酸性气体去除子系统300的运转的任何方式操作。
在瞬态运转期间，从合成气流去除的酸性成分的至少一部分通过管道223被引导到瞬态气体处理子系统400。在瞬态气体处理子系统400内，酸性成分被去除并分离，从而最终综合气流可通过酸性气体去除子系统300和管道224被引导到反应器208。
在示例性实施例中，瞬态气体处理子系统400与酸性气体去除子系统300流连通地联接。瞬态气体处理子系统400包括至少一个低压(LP)吸收器402。LP吸收器402与HP吸收器302的相似之处在于吸收器302和402两者都使用溶剂来从流体流分离并去除预定成分。然而，LP吸收器402与HP吸收器302的不同之处在于LP吸收器402在低于HP吸收器302的压力下运转并且从保留在瞬态运转时段如起动、停机或设备跳机时段期间产生的气体中的H2S选择性地分离CO2。
瞬态气体处理子系统400还包括与管道324流连通地联接的热稀溶剂管道426。管道426将热稀溶剂从重沸器314和泵320引导到稀溶剂储罐404。稀溶剂储罐404还通过第一泵406和热传递装置428与LP吸收器402流连通地联接。
在示例性实施例中，LP吸收器402还通过第二泵410、热传递装置412和管道430与浓溶剂储罐414流连通地联接。泵410、热传递装置412和管道430有利于将浓溶剂引导到浓溶剂储罐414。浓溶剂储罐414通过第三热传递装置416和管道432与酸性气体气提器312流连通地联接。
LP吸收器402还通过至少一个HP压缩机旁通管道444和至少一个HP压缩机旁通阀448与管道356流连通地联接。此外，LP吸收器402与至少一个排出-至-扩口管道450和至少一个排出-至-扩口阀452流连通地联接。此外，LP吸收器402通过至少一个管道446和至少一个阀424与HP压缩机362流连通地联接。
瞬态气体处理子系统400还包括至少一个SRU旁通管道440和将相分离器326与鼓风机348流连通地联接的至少一个SRU旁通阀454。此外，SRU 332与至少一个管道434和至少一个阀456流连通地联接，其有利于再循环未经处理的SRU尾气以在SRU 332中进行处理。SRU 332还通过管道438和阀422与热氧化器421流连通地联接。此外，SRU 332通过TGU旁通管道436和TGU旁通阀458与鼓风机348流连通地联接。TGU旁通管道436和TGU旁通阀458在TGU跳机期间将SRU尾气引导到鼓风机348。此外，瞬态气体处理子系统400包括至少一个鼓风机旁通管道442，其能够使SRU 332和/或TGU 340绕开鼓风机348并且将未经处理的SRU尾气和/或未经处理的TGU尾气引导到低压压缩机354。
在示例性实施例中，阀422、424、448、452、454、456和458是与控制系统(未示出)数据通信地联接的远程和自动控制的阀。备选地，阀422、424、448、452、454、456和458可采取如文中所述有利于瞬态气体处理子系统400的运转的任何方式操作。
在非瞬态运转期间，酸性气体去除子系统300用以从原质合成气流去除酸性成分的至少一部分。这种酸性气体成分包括但不限于H2S和CO2。子系统300还构造成有利于将至少一些酸性气体成分分离成包括但不限于H2S和CO2的成分。然而，上述装置可能经历设备故障和停机操作。在设备起动、设备停机或设备故障(也称为“跳机”)期间，酸性气体去除系统300可释放更多的排放物到大气中。瞬态气体处理子系统400确保通过扩口418或热氧化器421释放到大气的所有过程流可基本上无硫。
在示例性实施例中，在一个或多个SRU 332的跳机期间，来自酸性气体气提器312的酸性气体通过SRU旁通管道440和SRU旁通阀454绕开SRU 332并被引导到鼓风机348。在一个备选实施例中，来自酸性气体气提器312的酸性气体通过鼓风机旁通管道442和SRU旁通阀454绕开SRU 332并被引导到低压压缩机354。
在示例性实施例中，未经处理的气体通过管道350和阀352从鼓风机348被引导到LP压缩机354。在一个备选实施例中，未经处理的气体绕开鼓风机348并且通过鼓风机旁通管道442和SRU旁通阀454被引导到LP压缩机354。HP旁通阀448然后关闭并且被加压、未经处理的尾气和酸性气体通过HP旁通管道444被引导到LP吸收器402。LP吸收器402如上所述构造成从流体流分离并去除预定成分。使用通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收器402的稀溶剂来处理通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402的流。在LP吸收器402内，从未经处理的气体去除来自二氧化硫和硫化氢成分的硫的至少一部分，从而产生浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量被减少到大约百万分之几(PPM)的水平。在一个备选实施例中，所去除的硫的量可变化。浓溶剂通过管道430、第二泵410和第二热传递装置412被引导到浓溶剂储罐414。在一个实施例中，浓溶剂然后通过第三热传递装置416和管道432被引导到酸性气体气提器312以进行再生。在一个备选实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体气提器312。此外，在另一备选实施例中，使用HP压缩机362将来自LP吸收器402的塔顶气体(overhead gas)，其主要由二氧化碳组成，再循环到气化器。具体而言，塔顶气体通过至少一个管道446和至少一个阀424被引导到HP压缩机362。在又一备选实施例中，来自低压吸收器402的塔顶气体通过至少一个管道450和至少一个阀452排放到扩口418。
在示例性实施例中，在TGU 340的跳机期间，未经处理的SRU尾气通过TGU旁通管道436和TGU旁通阀458绕开跳机的TGU340。在一个实施例中，未经处理的SRU尾气通过至少一个阀344和至少一个管道346被引导到鼓风机348，而来自酸性气体气提器312的酸性气体的一部分通过SRU旁通管道440和SRU旁通阀454绕开SRU 332并被引导到鼓风机348。此外，来自酸性气体气提器312的酸性气体的至少一部分通过鼓风机旁通管道442和SRU旁通阀454绕开SRU 332并被引导到低压压缩机354。在示例性实施例中，大约50％的酸性气体绕开SRU 332。在备选实施例中，绕开SRU 332的酸性气体的比例可变化。剩下的酸性气体通过至少一个管道434和至少一个阀456被引导到SRU 332以有利于转化为元素硫。
在示例性实施例中，未经处理的气体通过管道350和阀352从鼓风机348被引导到LP压缩机354。在一个备选实施例中，未经处理的气体通过鼓风机旁通管道452和SRU旁通阀454被直接引导到LP压缩机354。HP旁通阀448然后关闭并且被加压、未经处理的尾气和酸性气体通过HP旁通管道444被引导到LP吸收器402。LP吸收器如上所述构造成从流体流分离并去除预定成分。使用通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收器402的稀溶剂来处理通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402的流。在LP吸收器402内，从未经处理的气体去除来自二氧化硫和硫化氢成分的硫的至少一部分，从而产生浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量被减少到大约百万分之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可变化。浓溶剂通过管道430、第二泵410和第二热传递装置412被引导到浓溶剂储罐414。在一个实施例中，浓溶剂然后通过第三热传递装置416和管道432被引导到酸性气体气提器312以进行再生。在一个备选实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体气提器312。此外，在另一备选实施例中，使用HP压缩机362将来自LP吸收器402的塔顶气体，其主要由二氧化碳组成，再循环到气化器。具体而言，塔顶气体通过至少一个管道446和至少一个阀424被引导到HP压缩机362。在又一备选实施例中，来自低压吸收器402的塔顶气体通过至少一个管道450和至少一个阀452排放到扩口418。未经处理的SRU尾气通过管道434和阀456部分地再循环回到SRU 332，而剩下的气体则通过管道438和阀422排放到热氧化器421。
在示例性实施例中，在一个或多个鼓风机348的跳机期间，与跳机的鼓风机348相关联的阀344关闭以有利于将酸性气体的一部分从SRU 332引导到剩下的未跳机的鼓风机348。在示例性实施例中，大约50％的酸性气体绕开跳机的鼓风机348。在备选实施例中，绕开跳机的鼓风机348的酸性气体的比例可变化。剩下的酸性气体通过至少一个管道434和至少一个阀456被引导到SRU 332以有利于转化为元素硫。在一个备选实施例中，阀344关闭并且来自SRU 332的酸性气体的一部分通过鼓风机旁通管道442被引导到低压压缩机354。
在示例性实施例中，未经处理的气体通过管道350和阀352从未跳机的鼓风机348被引导到LP压缩机354。在一个备选实施例中，未经处理的气体通过鼓风机旁通管道442和旁通阀454绕开鼓风机348并被引导到LP压缩机354。HP旁通阀448然后关闭并且被加压、未经处理的尾气和酸性气体通过HP旁通管道444被引导到LP吸收器402。LP吸收器402如上所述从流体流分离并去除预定成分。使用通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收器402的稀溶剂来处理通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402的流。在LP吸收器402内，从未经处理的气体去除来自二氧化硫和硫化氢的硫的至少一部分，从而产生浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量被减少到大约百万分之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可变化。浓溶剂通过管道430、第二泵410和第二热传递装置412被引导到浓溶剂储罐414。在示例性实施例中，浓溶剂然后通过第三热传递装置416和管道432被引导到酸性气体气提器312以进行再生。在一个备选实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体气提器312。此外，在示例性实施例中，使用HP压缩机362将来自LP吸收器402的塔顶气体，其主要由二氧化碳组成，再循环到气化器。具体而言，塔顶气体通过至少一个管道446和至少一个阀424被引导到HP压缩机362。在一个备选实施例中，来自低压吸收器402的塔顶气体通过至少一个管道450和至少一个阀452排放到扩口418。未经处理的SRU尾气通过管道434和阀456部分地再循环回到SRU 332，而剩下的尾气则通过管道438和阀422排放到热氧化器421。
在示例性实施例中，在一个或多个LP压缩机354的跳机期间，与跳机的LP压缩机354相关联的阀352关闭以有利于将酸性气体的一部分从鼓风机348引导到剩下的未跳机的LP压缩机354。在示例性实施例中，大约50％的酸性气体绕开跳机的LP压缩机354。在备选实施例中，绕开跳机的LP压缩机354的酸性气体的比例可变化。剩下的酸性气体通过至少一个管道434和至少一个阀456被引导到SRU 332以有利于转化为元素硫。在一个备选实施例中，阀344关闭并且来自SRU 332的酸性气体的一部分通过鼓风机旁通阀460和鼓风机旁通管道442被引导到低压压缩机354。
HP旁通阀448然后关闭并且被加压、未经处理的尾气和酸性气体通过HP旁通管道444被引导到LP吸收器402。LP吸收器402如上所述从流体流分离并去除预定成分。使用通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收器402的稀溶剂来处理通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402的流。在LP吸收器402内，原质合成气流接触从原质合成气流去除选定的酸性气体成分的至少一部分的酸性气体稀溶剂的至少一部分，以产生清洁合成气流和浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量被减少到大约百万分之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可变化。浓溶剂通过管道430、第二泵410和第二热传递装置412被引导到浓溶剂储罐414。在示例性实施例中，浓溶剂然后通过第三热传递装置416和管道432被引导到酸性气体气提器312以进行再生。在一个备选实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体气提器312。在示例性实施例中，使用HP压缩机362将来自LP吸收器402的塔顶气体，其主要由二氧化碳组成，再循环到气化器。具体而言，塔顶气体通过至少一个管道446和至少一个阀424被引导到HP压缩机362。在一个备选实施例中，来自低压吸收器402的塔顶气体通过至少一个管道450和至少一个阀452排放到扩口418。未经处理的SRU尾气通过管道434和阀456部分地再循环回到SRU 332，而剩下的尾气则通过管道438和阀422排放到热氧化器421。
在示例性实施例中，在一个或多个HP压缩机362的跳机期间，尾气通过管道350和阀352从鼓风机348被引导到LP压缩机354。此外，在示例性实施例中，来自闪蒸鼓308的气体的至少一部分被引导到LP压缩机354。HP旁通阀448然后关闭并且被加压且未经处理的尾气和酸性气体通过HP旁通管道444被引导到LP吸收器402。LP吸收器402如上所述构造成从流体流分离并去除预定成分。使用通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收器402的稀溶剂来处理通过HP旁通管道444引导到LP吸收器402的流。在LP吸收器402内，从未经处理的气体去除来自二氧化硫、硫化氢和硫化羰成分的硫的至少一部分，从而产生浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量被减少到大约百万分之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可变化。浓溶剂通过管道430、第二泵410和第二热传递装置412被引导到浓溶剂储罐414。在示例性实施例中，浓溶剂然后通过第三热传递装置416和管道432被引导到酸性气体气提器312以进行再生。在一个备选实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体气提器312。来自LP吸收器402的塔顶气体，其主要由二氧化碳组成，通过至少一个管道450和至少一个阀452排放到扩口418。
在示例性实施例中，在整个系统停机期间，主吸收器302可能在可处理的原质合成气的量方面受到限制。因此，在停机程序期间，通过管道220被引导到主吸收器302的原质合成气通过吸收器旁通管道460和吸收器旁通阀462绕开主吸收器302。LP吸收器402如上所述构造成从流体流分离并去除预定成分。使用通过第一泵406和第一热传递装置428从稀溶剂储罐404引导到LP吸收器402的稀溶剂来处理通过主吸收器旁通管道460引导到LP吸收器402的流。在LP吸收器402内，从未经处理的气体去除来自二氧化硫、硫化氢和硫化羰成分的硫的至少一部分，从而产生浓溶剂。在示例性实施例中，气体中硫的量被减少到大约百万分之几(PPM)的水平。在备选实施例中，所去除的硫的量可变化。浓溶剂通过管道430、第二泵410和第二热传递装置412被引导到浓溶剂储罐414。在示例性实施例中，浓溶剂然后通过第三热传递装置416和管道432被引导到酸性气体气提器312以进行再生。在一个备选实施例中，仅使用管道432将浓溶剂引导到酸性气体气提器312。此外，在示例性实施例中，使用HP压缩机362将来自LP吸收器402的塔顶气体，其主要由二氧化碳组成，再循环到气化器。具体而言，塔顶气体通过至少一个管道446和至少一个阀424被引导到HP压缩机362。在一个备选实施例中，来自低压吸收器402的塔顶气体通过至少一个管道450和至少一个阀452排放到扩口418。
瞬态气体处理子系统400有利于通过充分地减小引导到气化反应器208的气流中的H2S的浓度来减小原质和清洁的合成气流中的含硫物(例如但不限于H2S)的浓度。LP吸收器402在瞬态时段期间处于在运行的状态，由此LP吸收器402如上所述充分地去除H2S。这种H2S浓度的减小有利于在瞬态时段期间的更低的排放，从而增加IGCC系统100的运转的灵活性。
上述方法和装置容许例如用于动力装置中的整体气化联合循环(IGCC)系统的瞬态过程气体处理，具有最小的硫排放。具体而言，在瞬态过程期间产生的排放物通过其中排放物与稀溶剂混合的低压吸收器，以有利于减少所产生的排放物的数量。得到的浓溶剂被发送到酸性气体气提器，以进一步去除排放物并且将来自低压吸收器的塔顶气体再循环到气化器中。
图3是可与IGCC发电装置100(在图1中示出)一起使用的酸性气体子系统300和脱硫子系统400的一个示例性实施例的示意图。子系统300通过管道220接收原质流(未示出)。而且，子系统300通过管道228引导清洁合成气流(未示出)。此外，子系统300通过管道224将综合气流(未示出)引导到气化反应器208(在图1中示出)。管道220与至少一个主吸收器302流连通地联接。在示例性实施例中，子系统300包括与管道220流连通地联接的一个主吸收器302。备选地，子系统300包括如文中所述有利于子系统300的运转的任何数量的主吸收器302。
在示例性实施例中，主吸收器302使用包括但不限于聚乙二醇二甲醚(DEPG)的溶剂(未示出)以有利于从原质转移的合成气流去除酸性气体。备选地，主吸收器302使用胺基和/或甲醇基溶剂或如文中所述有利于酸性气体去除的任何溶剂。原质合成气流接触酸性气体稀溶剂(未示出)的至少一部分，其从原质合成气流去除选定的酸性气体成分的至少一部分以产生清洁合成气流。被去除的酸性气体成分被保留在溶剂内，从而形成第一酸性气体浓或较浓溶剂流(未示出)。在示例性实施例中，这种酸性气体成分包括但不限于CO2、COS和H2S。备选地，可如文中所述去除任何成分以有利于IGCC装置100的运转。
在示例性实施例中，主吸收器302通过热传递装置305以及第一浓溶剂流管道306和311与一个闪蒸鼓308流连通地联接。备选地，主吸收器302与如文中所述有利于子系统300的运转的任何数量的闪蒸鼓308流连通地联接。装置305构造成从酸性气体浓溶剂流的至少一部分去除热量，且管道306构造成将第一酸性气体浓溶剂流从吸收器302引导到装置305。热传递装置305通过管道311与闪蒸鼓308(有时称为“闪蒸罐”)流连通地联接。
闪蒸鼓308构造成通过闪蒸第一浓溶剂流内的CO2、COS和H2S气态成分的至少一部分而形成闪蒸气流(未示出)来进行相分离。闪蒸气流包括预定浓度的气态CO2、COS和H2S成分。具体而言，闪蒸气流包括第一浓度的气态CO2、第一浓度的气态COS和第一浓度的气态H2S。闪蒸鼓308通过管道315和热传递装置317与第一相分离器313流连通地联接。管道315构造成将闪蒸气流从闪蒸鼓308引导到分离器313。装置317构造成从闪蒸气流的至少一部分去除热量。第一综合气流(未示出)如以下进一步所述在相分离器313内产生。
闪蒸鼓308还构造成形成包括至少一些剩下的未被如上所述的闪蒸机构去除的CO2、COS和H2S气态成分的第二浓溶剂流(未示出)。因此，在示例性实施例中，闪蒸鼓308还通过构造成将第二浓溶剂流引导到酸性气体气提器312的第二浓溶剂管道310与至少一个酸性气体气提器312流连通地联接。备选地，多个闪蒸鼓308以串联或并联构造互相流连通地联接，其中多个闪蒸鼓308通过如文中所述有利于子系统300的运转的任何数量的管道与酸性气体气提器312流连通地联接。
气提器312还通过部分溶剂和水管道323与第一相分离器313流连通地联接。分离器313构造成从管道315和热传递装置317接收除第一浓度的气态CO2、第一浓度的COS和第一浓度的气态H2S外还包括至少一些浓溶剂和水的闪蒸气流。分离器313还构造成从闪蒸气流分离至少一部分水，从而形成第一综合气流以及部分溶剂和水流(未示出)。第一综合气流具有第二浓度的气态CO2。而且，第一综合气流具有第二浓度的气态COS。此外，第一综合气流具有第二浓度的气态H2S。管道323构造成将部分溶剂和水流引导到酸性气体气提器312。
气提器312构造成接收多个浓溶剂及部分溶剂和水流，包括通过管道310和323引导的那些流。气提器312进一步构造成通过有利于充分地去除浓溶剂内的所有任何酸性气体成分来将接收的浓溶剂再生成稀溶剂，从而形成基本上无CO2、COS和H2S的稀溶剂流(未示出)。在示例性实施例中，气提器312包括有利于再生的制冷系统(未示出)，其中这种制冷系统包括至少一个电动机驱动式制冷压缩机。备选地，气提器312包括如文中所述有利于系统300的运转的任何系统或装置。
气提器312通过管道316与重沸器314流连通地联接，其中稀溶剂流被引导到重沸器314。重沸器314构造成加热稀溶剂。此外，重沸器314进一步与气提器312流连通地联接，其中加热的稀溶剂的一部分通过管道318被引导到气提器312，从而有利于气提器312内的蒸汽沸腾，使得有利于气提器性能。
重沸器314还通过至少一个泵331以及管道333和335与装置305流连通地联接，其中泵331以及管道333和335构造成引导热稀溶剂流通过装置305。装置305构造成有利于热量从热稀溶剂流传递到第一浓溶剂流。装置305通过多个管道337、至少一个泵339和热传递装置341与主吸收器302流连通地联接。管道337、泵339和装置341构造成从装置305引导温热稀溶剂流(未示出)并有利于去除温热溶剂流内的至少一些热量以形成冷稀溶剂流。管道343构造成将该流从装置341引导到主吸收器302。
泵331还与稀溶剂补充子系统345流连通地联接。子系统345包括稀溶剂源(未示出)、联接到该源的至少一个泵347和构造成将稀溶剂流引导到管道333以在子系统300内使用的管道349。备选地，管道349与在热传递装置305的下游的管道337流连通地联接，从而有利于优化热量传递到从重沸器314引导的稀溶剂流中。
作为如上所述再生溶剂的功能，气提器312还构造成产生第一CO2/COS/H2S酸性气体流。第一CO2/COS/H2S酸性气体流包括第三CO2浓度、第三COS浓度、第三H2S浓度和第一浓度的水，其中第三CO2、COS和H2S浓度并不分别参考上述第一和第二CO2、COS和H2S浓度。气提器312通过至少一个热传递装置353和多个管道328与第二相分离器326流连通地联接。装置353构造成从热的第一CO2/COS/H2S酸性气体流去除热量并从该流冷凝并去除水。第一CO2/COS/H2S酸性气体流可含有溶剂，因此，分离器326有利于去除这种溶剂并通过至少一个泵357和管道330引导溶剂回到气提器312。因此，分离器326形成第二CO2/COS/H2S酸性气体流(未示出)。第二CO2/COS/H2S酸性气体流包括第四CO2浓度、第四H2S浓度和第二浓度的水。第二CO2/COS/H2S酸性气体流中的第二水浓度小于第一CO2/COS/H2S酸性气体流中的第一水浓度。
子系统300还包括多个化学转变单元或脱硫单元(SRU)332，其通过用于各SRU 332的至少一个管道334和至少一个进口隔断阀336与分离器326流连通地联接。各SRU 332构造成接收第二CO2/COS/H2S酸性气体流并形成二氧化硫(SO2)和元素硫(S)。具体而言，第二CO2/COS/H2S酸性气体流内的一部分H2S与O2反应而形成SO2。SO2进一步与一部分剩下的H2S反应而形成元素硫S和H2O。第二CO2/COS/H2S酸性气体流内的一部分COS与H2O反应而形成H2S和CO2，该H2S和CO2中的一些可如上所述被进一步转化。SRU332内未转化的CO2、SO2、COS、H2S和N2形成和构成SRU尾气流(未示出)，其中SRU尾气流具有第五CO2浓度、第五COS浓度和第五H2S浓度。通过管道338从各SRU 360去除所形成的元素S。
SRU 332与构造成通过管道343接收SRU尾气流的至少一个化学转变单元或尾气单元340流连通地联接。TGU 340还构造成通过用H2氢化未转化的SO2来形成H2S。第二CO2/COS/H2S酸性气体流和SRU尾气流的CO2部分基本上是化学不变化的。即，第四和第五CO2浓度分别基本上相似。因此，TGU 340构造成形成具有第六CO2浓度、第六COS浓度和第六H2S浓度的第二综合气流(未示出)，其中CO2对H2S的比率远远大于第二CO2/COS/H2S酸性气体流中CO2对H2S的比率。
酸性气体去除子系统300进一步包括通过管道342和346以及隔断阀344与TGU 340流连通地联接的至少一个鼓风机348。此外，子系统300包括通过管道350和隔断阀352与鼓风机348流连通地联接的至少一个LP压缩机354。此外，子系统300包括通过管道356和360以及阀358与LP压缩机354流连通地联接的至少一个HP压缩机362。HP压缩机362与管道224流连通地联接。
在示例性实施例中，阀336、341、344、352和358是与控制系统(未示出)数据连通地联接的远程和自动操作的阀。备选地，阀336、341、344、352和358是采取如文中所述有利于子系统300的运转的任何方式操作的任何阀。
在运转中，子系统300通过管道220接收原质合成气。原质合成气流被引导到主吸收器302，在主吸收器302中原质合成气流接触酸性气体稀溶剂的至少一部分，其从原质合成气流去除选定的酸性气体成分的至少一部分以产生清洁合成气流。被去除的酸性气体成分被保留在溶剂内，从而形成第一酸性气体浓溶剂流。在示例性实施例中，这种酸性气体成分包括但不限于CO2、COS和H2S。
通过管道306从主吸收器302引导浓溶剂，且通过管道343将稀溶剂引导到主吸收器302中。第一浓溶剂流在热传递装置305中被加热并通过管道311被引导到闪蒸鼓308。第一浓溶剂流通过预定压降在鼓308中被闪蒸，从而从浓溶剂去除所夹带的CO2、COS和H2S的相当一部分。随后，形成夹带了浓溶剂的至少一部分的闪蒸气流。具体而言，闪蒸气流包括第一浓度的气态CO2、第一浓度的COS和第一浓度的H2S。此外，形成具有CO2、COS和H2S的一部分的第二浓溶剂流。第二浓溶剂流中的CO2/COS/H2S酸性气体浓度小于第一浓溶剂流中的CO2/COS/H2S酸性气体浓度。
第二浓溶剂流通过管道310被引导到气提器312，且闪蒸气流通过管道315和热传递装置317被引导到第一相分离器313。装置317有利于冷却闪蒸气流，从而有利于通过分离器313去除液体。该液体，其部分地包括溶剂和水，被去除以形成通过管道323被引导到气提器312的部分溶剂和水流。部分溶剂和水流中的CO2/COS/H2S酸性气体浓度小于第二浓溶剂流中的CO2/COS/H2S酸性气体浓度。此外，第一综合气流如以下进一步所述由分离器312形成，其中第一综合气流中的CO2/COS/H2S酸性气体对溶剂的比率大于闪蒸气流中的CO2/COS/H2S酸性气体对溶剂的比率。
酸性气体气提器312分别通过管道310和323接收第二浓溶剂流以及部分溶剂和水流，其中被夹带在这两股流内的CO2、COS和H2S的相当一部分被从溶剂除去。浓溶剂因此被再生成稀溶剂和从溶剂除去的剩下的被夹带的CO2、COS和H2S的相当一部分，以形成第一CO2/COS/H2S酸性气体流。第一CO2/COS/H2S酸性气体流包括第三CO2浓度、第三COS浓度、第三H2S浓度和第一浓度的水，其中第三CO2、COS和H2S浓度并不分别参考上述第一和第二CO2、COS和H2S浓度。
再生的稀溶剂通过管道316从气提器312被引导到重沸器314，在重沸器314中稀溶剂被加热。一部分热的稀溶剂通过管道318再循环回到气提器312以有利于气提器312内的蒸汽沸腾，其随后有利于气提器312的从气体除去液体的操作。剩下的稀溶剂通过泵331以及管道333和335作为热的稀溶剂流被引导到热传递装置305。此外，补充稀溶剂通过子系统345和管道349被引导到热的稀溶剂流。热的稀溶剂通过装置305将热量传递到第一浓溶剂流，其中第一浓溶剂流被加热而热的稀溶剂流被冷却而形成温热的稀溶剂流。温热稀溶剂流通过泵339和管道337被引导到热传递装置341，其中温热稀溶剂流被冷却而形成冷稀溶剂流，其通过管道343被引导到主吸收器302以替换如上所述从吸收器302引导出来的浓溶剂。
第一CO2/COS/H2S酸性气体流通过管道328和热传递装置353被引导到第二相分离器326。装置353有利于冷却第一CO2/COS/H2S酸性气体流，从而有利于通过分离器326去除液体。包括被夹带的浓溶剂的液体被去除，以形成通过泵357和管道330被引导到气提器312的溶剂流。此外，第二CO2/COS/H2S酸性气体流由分离器326形成，其中第二CO2/COS/H2S酸性气体流中CO2/H2S酸性气体对溶剂的比率大于第一CO2/COS/H2S酸性气体流中CO2/H2S酸性气体对溶剂的比率。此外，第二CO2/COS/H2S酸性气体流包括第四CO2浓度、第四H2S浓度和第二浓度的水。第二CO2/COS/H2S酸性气体流中的第二水浓度小于第一CO2/COS/H2S酸性气体流中的第一水浓度。
包括零到极少量溶剂的第二CO2/COS/H2S酸性气体流通过管道334和隔断阀336被引导到SRU 332，其中当子系统300在运行时阀336通常是开启的。SRU 332有利于形成SO2和元素S。具体而言，第二CO2/COS/H2S酸性气体流内的一部分H2S与O2反应而形成SO2。SO2进一步与剩下的H2S的一部分反应而形成元素S和H2O。第二CO2/COS/H2S酸性气体流内的COS的一部分与H2O反应而形成H2S和CO2，该H2S和CO2的一些可进一步如上述进行转化。SRU 332内未转化的CO2、COS、SO2和N2形成和构成SRU尾气流，其中SRU尾气流具有第五CO2浓度、第五浓度的COS和第五H2S浓度。通过相关联的管道338从各SRU 332去除所形成的元素S。
阀341通常是开启的；因此TGU 340通过管道343接收SRU尾气流并通过将未转化的SO2氢化而形成H2S。第二CO2/COS/H2S酸性气体流和SRU尾气流中的CO2部分基本上是化学不变化的，即，第四和第五CO2浓度分别基本上相似。因此，TGU 340形成第二综合气流，其中CO2对H2S的比率远远大于第二CO2/COS/H2S酸性气体流中CO2对H2S的比率。
第二综合气流通过管道342和阀344被引导到鼓风机348。第二综合气流然后通过管道350和阀352被引导到LP压缩机354。随后，第二综合气流然后通过管道356和360以及阀358被引导到HP压缩机362。然后，第二综合气流通过管道224被引导到气化反应器208作为最终综合气流的至少一部分。当子系统300在运行时阀344、352和358通常是开启的。
组装酸性气体成分减少系统的示例性方法包括将至少一个脱酸系统300与带有具有第一酸性气体成分浓度的至少一种酸性气体成分的至少一个第一合成气流流连通地联接。该方法还包括将至少一个整体式吸收器402与至少一个脱酸系统300流连通地联接。该方法进一步包括配置至少一个整体式吸收器402使得至少一个整体式吸收器402的基本上连续的运行有利于产生具有小于第一酸性气体成分浓度的第二酸性气体成分浓度的第二合成气流。
具体而言，降硫子系统400与子系统300流连通地联接。子系统400包括至少一个整体式吸收器402。吸收器402与主吸收器302的相似之处在于吸收器302和402两者都构造成使用溶剂来从流体流分离并去除预定成分。吸收器402与主吸收器302的不同之处在于吸收器402在比主吸收器302低的压力下运转并且构造成选择性地从保留在从第一相分离器313接收的第一综合气流中的H2S和COS分离CO2。吸收器402还构造成产生第三综合气流(未示出)。
分离器313通过多个管道405和隔断阀407与吸收器402流连通地联接，其中管道405有利于将第一综合气流从分离器313引导到吸收器402。
子系统400还包括通过隔断阀413与第二稀溶剂管道411流连通地联接的第一稀溶剂管道409。管道411通过隔断阀415与管道343流连通地联接。管道411和409有利于将冷却的稀溶剂流的至少一部分从管道343引导到吸收器402。
吸收器402通过多个管道417和隔断阀419与气提器312流连通地联接，其中管道417有利于将第三浓溶剂流引导到气提器312。此外，子系统400进一步包括浓溶剂储存环路420。环路420包括与管道417流连通地联接的至少一个浓溶剂传递泵410。泵410构造成通过至少一个管道430和隔断阀431将第三浓溶剂流的至少一部分从管道417经过冷却器412泵送到浓溶剂储罐414。环路420与气提器312流连通地联接，其中包括隔断阀435的多个管道432有利于将浓溶剂的预定部分引导到气提器312。
吸收器402还通过多个HP压缩机旁通管道444和HP压缩机旁通阀448与管道356流连通地联接。吸收器402进一步通过多个CO2管道446和CO2阀424与管道360流连通地联接。管道446与多个排出-至-扩口管道450和排出-至-扩口阀452流连通地联接。管道446构造成引导吸收器402所产生的第三综合气流。
在示例性实施例中，阀407、413、415、419、431、435、448、424和452为与控制系统(未示出)数据通信地联接的远程和自动操作的阀。备选地，阀407、413、415、419、431、435、448、424和452是采取如文中所述有利于子系统400的运转的任何方式操作的任何阀。
在运转中，子系统400的部分基本上进行连续运转，而其它部分如以下进一步所述处于备用状态。阀407通常是开启的并且第一综合气流通过管道405被基本上连续地从第一相分离器313引导到吸收器402。第一综合气流接触稀溶剂的至少一部分，其从第一综合气流去除选定的酸性气体成分的至少一部分以产生第三综合气流。在示例性实施例中，这种酸性气体成分包括但不限于H2S和COS。第三综合气流包括第七CO2浓度、第七COS浓度和第七H2S浓度，其中第三综合气流具有零到少量的被夹带在内的H2S和COS。被去除的H2S和COS被保留在溶剂内，从而形成第三浓溶剂流。
此外，阀419通常是开启的，并且第三浓溶剂流通过管道417从吸收器402被引导到气提器312，其中浓溶剂以如上所述的方式再生。此外，阀415和413通常是开启的，从而冷却的稀溶剂被基本上连续地从管道343引导到吸收器402，以补充从吸收器402去除的浓溶剂。此外，阀424通常是开启的，从而第三综合气流被基本上连续地从吸收器402引导到管道360。第三综合气流与通过压缩机354引导经过管道356和360的综合气流(下面进一步说明)中的一股混合而形成最终综合气流的至少一部分。
此外，阀431通常是关闭的，从而基本上所有的第三浓溶剂流都被引导到气提器312。在希望将第三浓溶剂流的预定部分引导到储罐414的情况下，开启阀431并操作泵410。流的这部分被引导经过冷却器412，以去除被引导到罐414的流的部分中的热量的至少一部分。当第三浓溶剂流的预定部分被引导到罐414时，泵410停止且阀431关闭。类似地，在希望将罐414内的浓溶剂的预定部分引导到气提器312的情况下，阀435开启并且溶剂被引导经过管道432。一旦溶剂的希望部分已被引导，阀435就关闭。
如上所述，在操作期间，阀364和366通常是开启的。然而，如果SRU 332由于计划的操作原因或设备跳机而停止运行，则受影响的SRU 332通过关闭相关联的阀336来停止运行。经过剩下的在运行的SRU 332的另外的流量可降低在运行的SRU 332的效能。为了有利于减少流到在运行的SRU 332的流量，阀419可关闭，从而减少流到气提器312的浓溶剂，其随后减少通过相分离器326从气提器312流到在运行的SRU 332的第一CO2/COS/H2S酸性气体流。这种对SRU332的流量调节有利于在运行的SRU 332和TGU 340的运转，从而基本上获得在运行的SRU 332和TGU 340的预定的效能。此外，这种调节第一CO2/COS/H2S酸性气体流从气提器312流到在运行的SRU332的方法有利于避免排放物释放。此外，这种连续保持吸收器402运行和调节相关联的流的流量的方法有利于避免在瞬态期间的不适当的排放物释放，因为降低的H2S和COS的浓度有利于将操作边界增加到这些化合物的环保极限。
关闭阀419并且基本上排除浓溶剂从吸收器402流到气提器312中同时保持第一综合气流通过管道405流到吸收器402中的流率使得有必要开启阀431和使泵410运行，从而有利于吸收器402的连续运转。吸收器402中产生的浓溶剂被引导到储罐414以在较低的气提器312负载的时段期间引导到气提器312。阀435可开启以有利于在有利于气提器312的运转的预定速率将浓溶剂引导到气提器312。
在使压缩机362由于计划的操作原因或设备跳机而停止运行的情况下，可通过关闭阀358和阀424并打开阀448和阀452来将被引导经过压缩机354的流引导到吸收器402，从而通过管道436和446将经过吸收器402的流引导到扩口管道446。这种连续保持吸收器402运行和引导相关联的流的方法有利于避免在瞬态期间的不适当的排放物释放，因为降低的H2S和COS的浓度有利于将操作边界增加到这些化合物的环保极限。
另外，如果IGCC装置100配置有多个鼓风机348、压缩机354和362以及相关联的管道350、356和360以及阀344、352和358，则一个鼓风机348和/或一个LP压缩机354也可由于计划的操作原因或设备跳机而停止运行，同时将相关联的流的增加部分引导经过剩下的构件和吸收器402。这种引导相关联的流的方法有利于保持预定运转产量的灵活性。此外，这种连续保持吸收器402运行和调节相关联的流的流量的方法有利于避免在瞬态期间的不适当的排放物释放，因为降低的H2S和COS浓度有利于将操作边界增加到这些化合物的环保极限。
降硫子系统400有利于通过基本上连续地减小通过管道224引导到气化反应器208的最终综合气流中的H2S和COS的浓度来减小被引导分别经过管道220和228的原质和清洁合成气流中的含硫物(例如但不限于H2S和COS)的浓度。吸收器402基本上连续地运行，由此吸收器402如上所述基本上连续地去除H2S和COS。具体而言，例如，降低通过管道224被引导到气化反应器208的最终综合气流中的H2S和CO2的浓度有利于通过在单元221中水解而将冷却的原质合成气流中的COS转化为H2S和CO2。具体而言，增加COS转化为H2S和CO2的速率主要通过借助于降低相关联的产物的浓度来转换相关联的化学反应来完成。
这些H2S、COS和CO2浓度的这种减小有利于减少IGCC100的相关联的基本建造成本。例如，缩小与稀溶剂相关联的上述构件的尺寸有利于缩小主吸收器302的尺寸并降低稀溶剂流到吸收器302的流率。此外，稀溶剂流到吸收器302的降低的流率有利于缩小热传递装置305和341的尺寸以及管道349、333、335、337和343及泵347、331和339的尺寸。此外，对减少标准运转成本有利的因素包括但不限于与电动机驱动式再生制冷压缩机和稀溶剂总量相关联的辅助电力的使用。而且，减小被引导经过压缩机362的H2S和COS的浓度有利于减小压缩机362的尺寸和辅助电力需求。减小辅助电力消耗有利于增加IGCC装置100的整体效率。
此外，HP压缩机旁通管道436有利于在运转瞬态期间连续去除H2S和COS。这种瞬态包括但不限于使预定设备停止运行。这种停止可以是由于计划的操作原因或无计划的设备跳机。因此，在正常运转期间通过管道405以及在瞬态运转期间通过管道436将H2S和COS保持在预定浓度以下有利于瞬态管理规划。具体而言，保持H2S和COS浓度与环境释放极限之间的预定边界有利于增加IGCC装置100的运转的灵活性同时减小环境释放的可能性。
图4是可与IGCC发电装置100一起使用的备选的酸性气体去除子系统500和脱硫子系统600的示意图。备选酸性气体去除子系统500与子系统300相似，但有一些例外。子系统500不包括TGU隔断阀341、鼓风机348及相关联的管道342和阀344、LP压缩机354及相关联的管道350和356、以及阀352和358。此外，子系统500包括管道590，该管道590将TGU 340与热氧化器(未示出)相联接以去除和化学转化从TGU 340引导的第三综合气流(未示出)。因此，在备选子系统500中，第三综合气流并不像子系统300通常所执行的那样被引导到气化系统200。
另外，备选脱硫子系统600与子系统400相似，但有一些例外。子系统600不包括HP压缩机旁通管道436和相关联的阀448。此外，子系统600包括将TGU 340的至少一部分与SRU进口管道334流连通地联接的SRU再循环管道656。管道656构造成将TGU 340所形成的第三综合气流的至少一部分引导到SRU 332以进行另外的化学转化。常开阀658定位在管道656内。
因此，阀658和管道656有利于基本上连续地将TGU 340所形成的第三综合气流的至少一部分再循环到SRU 332以进行另外的化学转化。这种再循环有利于SRU 332的效能。为了进一步有利于这种效能，可通过关闭阀419来减少到达SRU 332的流量，从而减少流到气提器312的浓溶剂，其随后减少通过相分离器326从气提器312流到SRU 332的第一CO2/COS/H2S酸性气体流。对SRU 332的这种流量调节有利于SRU 332和TGU 340的运转，从而基本上获得了SRU332和TGU 340的预定的效能。此外，这种调节从气提器312流到SRU332的第一CO2/COS/H2S酸性气体流的方法有利于避免排放物释放。
关闭阀419并且基本上排除浓溶剂从吸收器402流进气提器312中同时保持第一综合气流通过管道405流进吸收器402中的流率使得有必要打开阀431并使泵410运行，从而有利于吸收器402的连续运转。吸收器402中产生的浓溶剂被引导到储罐414以在较低的气提器312负荷时段期间引导到气提器312。阀435可打开以有利于在有利于气提器312的运转的预定速率将浓溶剂引导到气提器312。
如文中所述用于生产合成气体或合成气的方法和装置有利于IGCC发电装置且具体而言为合成气生产系统的运转。具体而言，增加从合成气生产流体流去除的H2S和COS增加了合成气生产效率。更具体而言，降低输送到气化反应器的二氧化碳(CO2)输送流中H2S和COS的浓度有利于降低被引导到燃气涡轮的清洁合成气内杂质的浓度。此外，如文中所述配置用以基本上连续地去除H2S和COS的整体式吸收器有利于最佳地操作合成气生产工艺以有利于提高IGCC装置生产效率，从而有利于降低运转成本。此外，这种连续保持吸收器运行并调节相关联的气流的流量的方法有利于避免不适当的排放物释放，因为降低的H2S和COS的浓度有利于将操作边界增加到这些化合物的环保极限。而且，如文中所述的用于生产这种合成气的方法和设备有利于降低与制造这种IGCC装置相关联的基本成本。
以上详细描述了与IGCC装置相关联的合成气生产的示例性实施例。方法、装置和系统并不局限于文中所述的具体实施例，也不局限于具体示出的IGCC装置。此外，这种方法、装置和系统并不局限于IGCC装置并且可嵌入在包括但不限于氢生产、费-托(Fischer-Tropsch)燃料生产工艺以及一般的气化系统和气体清洁系统的设备中。
在运转期间，流经上述实施例中的多列SRU中至少一个的流体当前受到压力控制而流经剩下的SRU的流体受到流率控制。当SRU之一停止运行时，例如，当该单元跳机或在维护期间停机时，原来流到该停止运行的SRU的流的很大一部分可被重新发送到剩下的在运行的SRU。如上所述，该流可包括H2S、CO2和/或COS。然而，经过在运行的SRU的另外的流可降低在运行的SRU的效能并且引起这些SRU的不稳定运转使得它们也跳机。含H2S的流不被在运行的SRU所接纳的部分可能不希望地需要被扩散，对排放产生不利影响。由此，开发出了一种用于当一个SRU停止运行时运转SRU的新方法。
在示例性实施例中，该新方法包括利用与SRU电连通的控制系统和通向SRU的阀来识别SRU中的至少一个何时停止运行。可使用结合构造成执行以下任务的控制系统的图2和图3所示的系统来应用该方法。响应于识别SRU中的至少一个何时停止运行，控制系统关闭布置在停止运行的SRU的上游的阀并调节原来经过该停止运行的SRU的这部分流的流路使得该部分经过LP吸收器，用于通过鼓风机和压缩机去除排放气体。例如，在图2中，阀336中的一个将关闭且至少一个阀454将开启，以允许流通过至少一个管道346经过至少一个管道440流到至少一个鼓风机348，然后通过至少一个管道350流到至少一个LP压缩机354，在此处流将被允许通过至少一个管道444流到LP吸收器402。此外，控制系统使得流经所有剩下的在运行的SRU的流体受到流率控制。由此，当SRU之一停止运行时在正常运转期间受到压力控制的SRU流体切换为受到流率控制。结果，离开在运行的SRU的排出气体的流率可能存在一些波动。LP压缩机可吸收停止运行的SRU之一造成的任何流量波动并因此保持流经LP压缩机的气体处于基本上恒定的流率。
上述方法符合希望地防止了剩下的SRU变得不稳定和跳机，不稳定和跳机可导致不希望的气体排放到大气。此外，从LP压缩机流到LP吸收器的压缩气体符合希望地不存在流量波动，这些波动可破坏排放物稀溶剂从压缩气体去除H2S和COS从而形成排放物浓溶剂流的能力。由于离开LP吸收器的塔顶气体可传递到扩口，所以系统中LP压缩机的存在进一步降低了不希望的排放物的水平。
在另外的实施例中，上述方法可一般地应用于并联布置的反应器单元，用于处理包括排放气体的流。如文中所用，将“排放气体”定义为在任何国家或地区对其排放有要求的任何气体，例如含硫气体。常规上来说，当一个反应器单元停止运行或跳机时，一些气体不能被剩下的反应器单元处理。该未处理的气体被发送到扩口，导致不希望的排放物。相反地，上述方法将该气体发送到LP吸收器以去除不希望的排放气体，从而减少不希望的排放物释放到大气。当在运行的单元不太可能能够处理停止运行的单元的负载时上述方法在反应器单元的起动期间特别有用。
上述方法可更具体地应用于脱硫单元，包括属于不同于IGCC装置的系统如硫酸生产装置的那些脱硫单元。如文中所用，用语“脱硫单元”是指任何用于处理包括含硫气体的流的单元。因此，虽然上述SRU产生元素硫，但上述方法也可应用于将H2S流转化成随后可被转化成硫酸(H2SO4)的三氧化硫(SO3)的SRU。
如文中所用，用语“一”和“一个”并不表示数量限制，而是表示至少存在一个所引用的项目。此外，涉及相同成分或特性的范围包含这些范围给出的端点(例如，“约5纳米(nm)到约20nm”包含端点和约5nm到约20nm的范围的所有中间值)。本说明书全文所提及的“一个实施例”、“另一实施例”，“一个示例性实施例”等意味着结合该实施例描述的具体元件(例如，特征、结构和/或特性)包括在文中所述的至少一个实施例内，并且可能存在或可能不存在于其它实施例中。此外，应该理解的是，可以任何适当方式将所述的元件结合在各种实施例中。除非另外指出，文中所用的技术术语和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员一般理解的含义相同的含义。
虽然已结合仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但应当容易理解的是，本发明并不局限于这些公开的实施例。相反，可对本发明进行修改以结合非此前所述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、改型、替换或等同布置。此外，虽然已描述了本发明的各种实施例，但是应该理解的是，本发明的方面可仅包括已描述的实施例的一些。因此，本发明不应视为由前述描述所限制，而仅由权利要求的范围限制。

Claims (18)

1.一种用于处理包括排放气体的流的方法，包括：
使包括所述排放气体的所述流的部分传递到并联布置的两个或更多的反应器单元，同时对流经所述反应器单元中的至少一个的流体进行压力控制，其中所述排放气体包括硫化氢，硫化羰或包括前述气体中的至少一种的组合物，并且所述反应器单元为脱硫单元；
识别所述反应器单元中的至少一个何时跳机或停止运行；以及
当所述反应器单元中的至少一个跳机或停止运行时，调节原来传递到所述停止运行的反应器单元的所述流的所述部分的流路，使得所述部分通过压缩机传递到吸收器以去除所述排放气体，并且对流经所有在运行的反应器单元的流体进行流率控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，原来传递到所述停止运行的反应器单元的所述流的所述部分在传递到所述压缩机之前传递到鼓风机。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱硫单元为硫酸生产单元。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述硫化氢在所述脱硫单元中与氧气结合而形成二氧化硫和元素硫，其中，所述流还包括二氧化碳，并且离开所述脱硫单元的排出气体包括未转化的硫化氢、二氧化碳和二氧化硫。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硫化羰在所述脱硫单元中与水结合而形成硫化氢和二氧化碳，并且其中，离开所述脱硫单元的排出气体还包括未转化的硫化羰。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离开所述压缩机的压缩气流在所述吸收器中与排放物稀溶剂结合而形成包括二氧化碳的塔顶气流和包括硫化氢及硫化羰中的至少一种的排放物浓溶剂流。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述塔顶气流传递到高压压缩机和扩口中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述排放物浓溶剂流传递到设置在所述脱硫单元的上游的酸性气体气提器以进行再生。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用于氢化所述未转化的二氧化硫以形成硫化氢的尾气单元设置在所述脱硫单元的下游和鼓风机的上游，所述鼓风机设置在所述压缩机的上游，所述压缩机设置在另一个压缩机的上游，用于增加流经所述压缩机的流体的压力。
10.一种用于处理包括硫化氢的流的系统，包括：
并联布置的两个或更多的反应器单元，用于接收包括排放气体的流的部分，其中所述排放气体包括硫化氢、硫化羰或包括前述气体中的至少一种的组合物，并且所述反应器单元为脱硫单元；
设置在各所述反应器单元的上游的阀，用于允许或隔断流向各所述反应器单元的流；以及
控制系统，所述控制系统构造成当所有所述反应器单元都在运行时控制流经所述反应器单元中的至少一个的流体的压力并识别所述反应器单元中的至少一个何时跳机或停止运行，当所述反应器单元中的至少一个跳机或停止运行时所述控制系统构造成：i)关闭设置在所述停止运行的反应器单元的上游的所述阀，ii)重新发送原来传递到所述停止运行的反应器单元的所述流的所述部分，使得所述部分通过压缩机传递到吸收器，用于去除所述排放气体，以及iii)控制流经所有在运行的反应器单元的流体的流率。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，将鼓风机设置在所述压缩机和所述吸收器的上游。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述脱硫单元为硫酸生产单元。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述脱硫单元构造成使氧气与所述硫化氢结合而形成二氧化硫和元素硫。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述流还包括二氧化碳。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述系统还包括设置在所述脱硫单元的下游的尾气单元，以接收来自所述脱硫单元的排出气体，所述排出气体包括未转化的硫化氢、二氧化碳和二氧化硫，所述尾气单元构造成氢化所述未转化的二氧化硫以形成硫化氢。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统还包括设置在所述尾气单元的下游和所述压缩机的上游的鼓风机。
17.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述脱硫单元构造成使水与所述硫化羰结合而形成硫化氢和二氧化碳。
18.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述吸收器构造成使排放物稀溶剂与接收自所述压缩机的压缩气流结合而形成包括二氧化碳的塔顶气流和包括硫化氢、硫化羰或包括前述气体中的至少一种的组合物的排放物浓溶剂流。
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